Это экзотическая, невероятно холодная штука.
Ключевые выводы
- Это был первый конденсат Бозе-Эйнштейна, полученный в космосе.
- Создание конденсата при низкой гравитации позволяет ему сохраняться дольше.
- Ученые надеются, что конденсат Бозе-Эйнштейна позволит более точно обнаруживать тонкие квантовые явления.
В течение шести минут в 150 милях над Кируной, Швеция, 23 января 2017 года плавало самое холодное известное место во Вселенной. Насколько нам известно, самое холодное, что может быть в природе, - это абсолютный ноль по шкале Кельвина, что составляет -459,67 ° F и -273.15°С. Этот атомный чип размером с почтовую марку, плотно набитый тысячами атомов рубидия-87, был всего на несколько миллиардных долей градуса теплее. Атомный чип был там на низкой орбите, чтобы помочь группе ученых изучить некоторые из самых странных и наименее понятных вещей: конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК). Группу немецких ученых возглавил Деннис Беккер из Исследовательской школы QUEST-Leibniz, Ганноверский университет им. Лейбница, Ганновер, Германия.
Конденсат Бозе-Эйнштейна - пятая известная форма материи после твердых тел, жидкостей, газов и плазмы. Когда атомы в невесомости достигают температуры, близкой к абсолютному нулю, они теряют свою индивидуальность и действуют как один «суператом». В этот момент они представляют собой десятки тысяч атомов, вибрирующих синхронно, создавая что-то вроде капли, в которой могут быть обнаружены мельчайшие возмущения. Ученые надеются, что однажды БЭК можно будет использовать для обнаружения гравитационных волн.
Эксперимент 2010 года, крупный план.
БЭК на Земле
В 2010 году ученые из Института квантовой оптики Макса Планка упаковали цилиндрическую капсулу размером и шириной с дверь с несколькими миллионами атомов рубидия, захваченными атомным чипом, лазерами, необходимым источником энергии., соленоиды и камера. Они сбросили капсулу с высоты 146 метров с вершины башни. Он падал примерно четыре секунды, и в условиях невесомости свободного падения они дистанционно сгенерировали БЭК на атомном чипе менее чем за секунду. (В лаборатории это занимает до минуты.) Как только BEC сформировался, они выпустили ловушку, и камера позволила им увидеть его распространение по мере его падения. Им удалось наблюдать за БЭК в течение нескольких секунд, прежде чем он достиг дна.
а. ракета-носитель MAUIS; б. пусковой отсек; в. Вакуумное устройство с атомным чипом
Космический BEC середины зимы 2017
Эксперимент 23 января был первым, когда кто-либо создал конденсат Бозе-Эйнштейна в космосе. Низкая гравитация позволила им увеличить время просмотра BEC до шести минут, что является значительным улучшением, позволяющим исследователям провести 110 дистанционно управляемых экспериментов. Аппарат команды был запущен в космос под эгидой MAIUS 1, или интерферометрии волн материи в условиях микрогравитации.
Атомный чип
Магнитооптическая ловушка, содержащая атомы рубидия, образованные лазерными лучами (C), загружается на атомный чип с помощью луча холодных атомов (A). БЭК создается, транспортируется и высвобождается из магнитной ловушки атомного чипа. Два дополнительных световых пучка (BD) вызывают дифракцию Брэгга, рассеивающую БЭК, а камера устройства с зарядовой связью (ПЗС) записывает БЭК с помощью лазерного излучения (D).
Январские эксперименты
Спешите экспериментировать
В ходе одного важного эксперимента исследователи разделили БЭК с помощью лазера, а затем смогли наблюдать, как он воссоединяется. Это может быть важной техникой, потому что при расставании две половинки были идентичны на квантовом уровне, и любые различия, наблюдаемые после радости, указывали бы на какое-то вмешательство, такое как гравитационная волна.
У НАСА есть собственная лаборатория Cloud Atom Lab, среда размером с ящик со льдом, развернутая на МКС для исследований БЭК в условиях низкой гравитации. В то время как команда Беккера создала первый космический БЭК, команда НАСА, как сообщается, продлила время, в течение которого БЭК может поддерживаться.